一、กล้องถ่ายภาพการบินเวลาเท่าไร?

กล้อง Time-of-flight (ToF) เป็นเทคโนโลยีตรวจจับเชิงลึกประเภทหนึ่งที่วัดระยะห่างระหว่างกล้องกับวัตถุในฉากโดยใช้เวลาที่แสงใช้ในการเดินทางไปยังวัตถุและกลับไปยังกล้อง โดยทั่วไปจะใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น ความเป็นจริงเสริม หุ่นยนต์ การสแกน 3 มิติ การจดจำท่าทาง และอื่นๆ

กล้อง ToFทำงานโดยการส่งสัญญาณแสง ซึ่งโดยทั่วไปคือแสงอินฟราเรด และวัดเวลาที่สัญญาณจะสะท้อนกลับหลังจากชนวัตถุในที่เกิดเหตุ การวัดเวลานี้จะใช้ในการคำนวณระยะทางถึงวัตถุ สร้างแผนที่เชิงลึกหรือการแสดงภาพสามมิติของฉาก

เวลาของกล้องบิน

เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการตรวจจับเชิงลึกอื่นๆ เช่น แสงที่มีโครงสร้างหรือการมองเห็นแบบสเตอริโอ กล้อง ToF มีข้อดีหลายประการ ให้ข้อมูลเชิงลึกแบบเรียลไทม์ มีการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่าย และสามารถทำงานในสภาพแสงต่างๆ กล้อง ToF ยังมีขนาดกะทัดรัดและสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น สมาร์ทโฟน แท็บเล็ต และอุปกรณ์สวมใส่ได้

การใช้งานของกล้อง ToF มีความหลากหลาย ในความเป็นจริงเสริม กล้อง ToF สามารถตรวจจับความลึกของวัตถุได้อย่างแม่นยำ และปรับปรุงความสมจริงของวัตถุเสมือนที่วางอยู่ในโลกแห่งความเป็นจริง ในวิทยาการหุ่นยนต์ ช่วยให้หุ่นยนต์รับรู้สภาพแวดล้อมและนำทางสิ่งกีดขวางได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ในการสแกน 3 มิติ กล้อง ToF สามารถจับภาพเรขาคณิตของวัตถุหรือสภาพแวดล้อมได้อย่างรวดเร็วเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ เช่น ความเป็นจริงเสมือน การเล่นเกม หรือการพิมพ์ 3 มิติ นอกจากนี้ยังใช้ในการใช้งานไบโอเมตริกซ์ เช่น การจดจำใบหน้าหรือการจดจำท่าทางมือ

二、ส่วนประกอบของเวลาของกล้องบิน

กล้องบอกเวลาการบิน (ToF)ประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญหลายประการที่ทำงานร่วมกันเพื่อให้สามารถตรวจจับความลึกและการวัดระยะทางได้ ส่วนประกอบเฉพาะอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการออกแบบและผู้ผลิต แต่ต่อไปนี้เป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่พบในระบบกล้อง ToF:

แหล่งกำเนิดแสง:

กล้อง ToF ใช้แหล่งกำเนิดแสงเพื่อส่งสัญญาณแสง ซึ่งโดยปกติจะอยู่ในรูปของแสงอินฟราเรด (IR) แหล่งกำเนิดแสงอาจเป็น LED (Light-Emitting Diode) หรือเลเซอร์ไดโอด ขึ้นอยู่กับการออกแบบของกล้อง แสงที่ปล่อยออกมาจะเคลื่อนที่ไปยังวัตถุในฉาก

เลนส์:

เลนส์จะรวบรวมแสงสะท้อนและภาพสภาพแวดล้อมไปยังเซ็นเซอร์ภาพ (อาร์เรย์ระนาบโฟกัส) ฟิลเตอร์กรองแสงแบบแบนด์พาสจะส่งผ่านเฉพาะแสงที่มีความยาวคลื่นเดียวกันกับหน่วยส่องสว่างเท่านั้น ซึ่งจะช่วยลดแสงที่ไม่เกี่ยวข้องและลดเสียงรบกวน

เซ็นเซอร์รับภาพ:

นี่คือหัวใจสำคัญของกล้อง TOF แต่ละพิกเซลจะวัดเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางจากหน่วยส่องสว่าง (เลเซอร์หรือ LED) ไปยังวัตถุและกลับไปยังอาร์เรย์ระนาบโฟกัส

วงจรจับเวลา:

เพื่อวัดเวลาการบินได้อย่างแม่นยำ กล้องจำเป็นต้องมีวงจรกำหนดเวลาที่แม่นยำ วงจรนี้จะควบคุมการปล่อยสัญญาณไฟและตรวจจับเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางไปยังวัตถุและกลับไปที่กล้อง โดยจะประสานกระบวนการปล่อยก๊าซและการตรวจจับเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดระยะทางแม่นยำ

การปรับ:

บางกล้อง ToFรวมเทคนิคการปรับเพื่อปรับปรุงความแม่นยำและความทนทานของการวัดระยะทาง กล้องเหล่านี้จะปรับสัญญาณแสงที่ปล่อยออกมาด้วยรูปแบบหรือความถี่เฉพาะ การปรับช่วยแยกแยะแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงโดยรอบอื่นๆ และเพิ่มความสามารถของกล้องในการแยกความแตกต่างระหว่างวัตถุต่างๆ ในฉาก

อัลกอริธึมการคำนวณความลึก:

เพื่อแปลงการวัดเวลาการบินเป็นข้อมูลเชิงลึก กล้อง ToF ใช้อัลกอริธึมที่ซับซ้อน อัลกอริธึมเหล่านี้จะวิเคราะห์ข้อมูลเวลาที่ได้รับจากเครื่องตรวจจับแสง และคำนวณระยะห่างระหว่างกล้องกับวัตถุในฉาก อัลกอริธึมการคำนวณเชิงลึกมักเกี่ยวข้องกับการชดเชยปัจจัยต่างๆ เช่น ความเร็วการแพร่กระจายของแสง เวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์ และการรบกวนของแสงโดยรอบ

เอาต์พุตข้อมูลความลึก:

เมื่อคำนวณความลึกแล้ว กล้อง ToF จะให้เอาต์พุตข้อมูลเชิงลึก เอาต์พุตนี้อาจอยู่ในรูปแบบของแผนที่เชิงลึก เมฆพอยต์ หรือการแสดงฉากแบบ 3 มิติ แอปพลิเคชันและระบบสามารถใช้ข้อมูลเชิงลึกเพื่อเปิดใช้งานฟังก์ชันต่างๆ เช่น การติดตามวัตถุ ความเป็นจริงเสริม หรือการนำทางด้วยหุ่นยนต์

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือการใช้งานและส่วนประกอบเฉพาะของกล้อง ToF อาจแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตและรุ่นต่างๆ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอาจแนะนำคุณสมบัติและการปรับปรุงเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความสามารถของระบบกล้อง ToF

三、แอปพลิเคชัน

การใช้งานด้านยานยนต์

กล้องบันทึกเวลาบินใช้ในฟังก์ชันช่วยเหลือและความปลอดภัยสำหรับการใช้งานในยานยนต์ขั้นสูง เช่น ความปลอดภัยแก่คนเดินถนน การตรวจจับก่อนชน และการใช้งานภายในอาคาร เช่น การตรวจจับเมื่ออยู่นอกตำแหน่ง (OOP)

การประยุกต์ใช้กล้อง ToF

อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรและการเล่นเกม

As กล้องแสดงเวลาการบินให้ภาพระยะทางแบบเรียลไทม์ ทำให้ง่ายต่อการติดตามการเคลื่อนไหวของมนุษย์ ซึ่งช่วยให้สามารถโต้ตอบกับอุปกรณ์ผู้บริโภค เช่น โทรทัศน์ ได้ อีกหัวข้อหนึ่งคือการใช้กล้องประเภทนี้เพื่อโต้ตอบกับเกมบนคอนโซลวิดีโอเกม เซ็นเซอร์ Kinect รุ่นที่สองซึ่งแต่เดิมมาพร้อมกับคอนโซล Xbox One ใช้กล้องแสดงเวลาการบินสำหรับการถ่ายภาพระยะไกล ช่วยให้อินเทอร์เฟซผู้ใช้และการเล่นเกมเป็นธรรมชาติ แอปพลิเคชันที่ใช้คอมพิวเตอร์วิทัศน์และเทคนิคการรู้จำท่าทาง

Creative และ Intel ยังมีกล้องแสดงเวลาการบินแบบโต้ตอบด้วยท่าทางที่คล้ายกันสำหรับการเล่นเกม Senz3D ที่ใช้กล้อง DepthSense 325 ของ Softkinetic เทคโนโลยี Infineon และ PMD ช่วยให้กล้องความลึก 3 มิติในตัวขนาดเล็กสำหรับการควบคุมด้วยท่าทางระยะใกล้ของอุปกรณ์ผู้บริโภค เช่น พีซีและแล็ปท็อปออลอินวัน (กล้อง Picco flexx และ Picco monstar)

การประยุกต์ใช้กล้อง ToF ในเกม

กล้องสมาร์ทโฟน

สมาร์ทโฟนหลายรุ่นมีกล้องบอกเวลาการบินด้วย สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพของภาพถ่ายโดยการจัดเตรียมซอฟต์แวร์กล้องพร้อมข้อมูลเกี่ยวกับพื้นหน้าและพื้นหลัง โทรศัพท์มือถือเครื่องแรกที่ใช้เทคโนโลยีดังกล่าวคือ LG G3 ซึ่งเปิดตัวในต้นปี 2014

การประยุกต์ใช้กล้อง ToF ในโทรศัพท์มือถือ

การวัดและวิชันซิสเต็ม

การใช้งานอื่นๆ คืองานการวัด เช่น ความสูงของการเติมในไซโล ในวิชันซิสเต็มอุตสาหกรรม กล้องแสดงเวลาการบินจะช่วยจำแนกและระบุตำแหน่งของวัตถุที่หุ่นยนต์ใช้งาน เช่น สิ่งของที่ผ่านไปบนสายพานลำเลียง ระบบควบคุมประตูสามารถแยกแยะระหว่างสัตว์และมนุษย์ที่มาถึงประตูได้อย่างง่ายดาย

วิทยาการหุ่นยนต์

การใช้กล้องเหล่านี้อีกอย่างหนึ่งก็คือด้านวิทยาการหุ่นยนต์ หุ่นยนต์เคลื่อนที่สามารถสร้างแผนที่สภาพแวดล้อมรอบตัวได้อย่างรวดเร็ว ทำให้สามารถหลีกเลี่ยงอุปสรรคหรือตามผู้นำได้ เนื่องจากการคำนวณระยะทางนั้นง่าย จึงใช้กำลังในการคำนวณเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เนื่องจากกล้องเหล่านี้สามารถใช้เพื่อวัดระยะทางได้ ทีมสำหรับ FIRST Robotics Competition จึงเป็นที่รู้กันว่าใช้อุปกรณ์เหล่านี้สำหรับกิจวัตรอัตโนมัติ

ภูมิประเทศของโลก

กล้อง ToFได้ถูกนำมาใช้เพื่อรับแบบจำลองระดับความสูงดิจิทัลของภูมิประเทศพื้นผิวโลกสำหรับการศึกษาในธรณีสัณฐานวิทยา

การใช้กล้อง ToF ในธรณีสัณฐานวิทยา